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Vorname Name Autor/-in 04/11/23 11
E-Lern- und Lehrmedium: Quantenchemie und Chemie farbiger Stoffe
Wellen, Licht und Elektronen
Günter Baars 22
Übersicht
1. Wellen
2. Licht
3. Elektron
Günter Baars 3
1. Wellen
Paul Klee
Günter Baars 4
1. Wellen
Slinky-Feder im Chemie-Vorbereitungszimmer (Gymnasium Bern-Neufeld)
Günter Baars 5
1. Wellen
Slinky-Feder im Chemie-Vorbereitungszimmer (Gymnasium Bern-Neufeld)
Günter Baars 6
1. Wellen
Verlauf der Bewegung eines Erregers, der auf einem Wellen-träger eine fortlaufende harmonische Transversalwelle erzeugt.
Günter Baars 7
1. Wellen
Bildung von fortlaufenden harmonischen Wellen
Günter Baars 8
1. Wellen
Bildung einer fortlaufenden harmonischen Transversal-welle
Günter Baars 9
1. Wellen
Momentanbild einer fortlaufenden harmonischen Transversalwelle zur Zeit t
Günter Baars 10
1. Wellen
Zwei Momentanbilder einer fortlaufenden harmonischen Transversalwelle zur Zeit t und t + t
Günter Baars 11
1. Wellen
a) konstruktive und b) destruktive Interferenz zweier Wellen
Günter Baars 12
1. Wellen
Ausbildung einer stehenden Welle durch zwei entgegengesetzt laufende harmonische Wellen.
Günter Baars 13
1. Wellen
Versuchsanordnung zur Erzeugung der Eigenschwin- gungen eines Gummiseils
Günter Baars 14
1. Wellen
Mögliche stehende Wellen (Eigenschwingungen) eines Gummiseils sowie die dazugehörenden Wellenlängen
Günter Baars 15
1. Wellen
Beugungsbild eines Laserstrahls an einem Spalt
Günter Baars 16
1. Wellen
Beugungsbild eines Laserstrahls an einer runden Öffnung
Günter Baars 17
1. Wellen
Intensitätsmaximum Intensitätsminimum
x = n (n = 0, 1, 2, 3, ....) x = n (n = 1, 3, 5, 7, ...)
Wegstrecke der Welle 1: 3 Wegstrecke der Welle 1: 3,5
Wegstrecke der Welle 2: 4 Wegstrecke der Welle 2: 4
Bildung heller und dunkler Stellen eines Beugungsbilds
Günter Baars 18
2. Licht
Elektromagnetische Wellen; M: Magnetische Flussdichte; E: Elektrische Feldstärke [entspricht der Amplitude der Welle bzw. der Intensität (Helligkeit) des Lichts]
Günter Baars 19
2. Licht
Einteilung der elektro-magnetischen Strahlung
Günter Baars 20
2. Licht
Versuchsanordnung zur Demonstration des Fotoelektrischen Effekts
Günter Baars 21
2. Licht
Wirkungsweise einer Fotozelle (schematisch)
Günter Baars 22
2. Licht
max0 TeU
2
2maxe vm
me: Masse Elektron; v: Geschwindigkeit des
Elektrons; e: Elektronenladung; U0: maximale
Spannung
Versuchsanordnung zur Bestimmung der maximalen kinetischen Energie von Fotoelektronen
Günter Baars 23
2. Licht
1. Der Fotoelektronenstrom ist sofort nach dem Eintreffen des Lichts (bei genügend hoher Frequenz) auf der Metall-oberfläche zu beobachten.
2. Unterhalb einer bestimmten Lichtfrequenz f werden keine Fotoelektronen freigesetzt, ganz egal, wie hoch die Intensität des Lichts ist. Daraus folgt, dass für ein bestimmtes Metall die maximale Spannung und damit die maximale kinetische Energie der Fotoelektronen nur von der Frequenz des eingestrahlten Lichts beeinflusst wird, nicht aber von der Lichtintensität. Die maximale kinetische Energie der Foto-elektronen ist folglich nur von der Lichtfrequenz abhängig.
3. Die Anzahl der Fotoelektronen ist, bei konstanter Frequenz, direkt proportional zur Intensität des ein-gestrahlten Lichts, wobei sich die maximale kinetische Energie der Foto-elektronen nicht ändert.
Günter Baars 24
2. Licht
Eine elektromagnetische Strahlung bestimmter Frequenz (Wellenmodell)
besteht aus Photonen (Teilchenmodell), die alle die gleiche Energie besit-
zen.
E = hf
h heisst Plancksches Wirkungsquantum
Eine elektromagnetische Strahlung bestimmter Frequenz (Wellenmodell) strahlt umso intensiver (Intensität; "Helligkeit"), je grösser die Anzahl der Photonen (Teilchenmodell) ist.
Abhängigkeit der Gesamtenergie einer elektromagnetischen Welle:
Eges: Frequenz (f) und Intensität (Amplitude E) [Wellenmodell]
Eges: Energie eines Photons und Anzahl Photonen [Teilchenmodell]]
Günter Baars 25
2. Licht
Intensität einer elektromagnetischen Strahlung
0E2c = (hf)n; ohne die Konstanten 0, c, f und h ergibt sich:
n E2
Wellenmodell:
I = 0E2c [Wm-2]
I: Intensität; 0:elektrische Feldkonstante; E: Betrag der elektrischen
Feldstärke (Amplitude der elektromagnetischen Strahlung); c: Lichtge-schwindigkeit
Teilchenmodell:
I = (hf)n [Wm-2] h·f: Photonenenergie; Anzahl Photonen
Günter Baars 26
3. Elektronen
Kathodenstrahlrohr
Günter Baars 27
3. Elektronen
Kathodenstrahlrohr: Ablenkung der Elektronen
Günter Baars 28
3. Elektronen
Kontinuierliches Spektrum von weissem Licht
Günter Baars 29
3. Elektronen
Wasserstoffröhre
Günter Baars 30
3. Elektronen
Linienspektrum des Wasserstofflichts
Günter Baars 31
3. Elektronen
Grundzustand und angeregte Zustände von Wasserstoff-Atomen
Günter Baars 32
3. Elektronen
Emissionsspektren einiger gasförmiger elementarer Stoffe (Zahlenangaben in nm; 1 nm = 10-9 m)
Günter Baars 33
3. Elektronen
Elektronenbeugungsröhre
Günter Baars 34
3. Elektronen
Beugung von Elektronen an einer Aluminiumfolie
Günter Baars 35
3. Elektronen
Deutung des Beugungsbilds eines Elektronenstrahls am Spalt
Günter Baars 36
3. Elektronen
Louis de Broglie (1892-1987)
vm
hλ
h: Plancksches Wirkungsquantum; m: Masse; v: Geschwindigkeit
Günter Baars 37
3. Elektronen
M. Born (1882-1970)
V
Wψ 2
d
d
: Amplitude der Elektronenwelle; W: Wahrscheinlichkeit; V: Volumenelement; dW/dV: Elektronendichte (Aufenthaltswahr-scheinlichkeit pro Volumeneinheit!)
Günter Baars 38
3. Elektronen
vmh
λ
: Wellenlängeh: Plancksches Wirkungsquantumm: Massev: Geschwindigkeit
vmh
λ
ψEVψψψψ
m
hges
2
2
2
2
2
2
2
2 zyxπ8kinetische Energie potentielleEnergie Gesamtenergie
Erwin Schrödinger (1887-1961)
Günter Baars 39
3. Elektronen